混凝土结构早期裂缝控制措施探讨
摘要：文章对混凝土裂缝进行了分类，从水泥水化热、混凝土收缩、荷载因素、温度变化以及施工因素等多角度对混凝土结构早期裂缝成因进行了分析，最后针对性的提出了解决措施。
关键词：混凝土；结构；早期；裂缝
0 引言
当前现代建筑及基础设施多采用混凝土和钢筋混凝土结构，该类结构设计中裂缝是一项重要控制指标，由于裂缝的存在不仅影响建筑的安全性、耐久性和使用功能，且在舒适性方面也很难叫用户接受。裂缝从发生时间可分为在结构初期形成的裂缝和结构投入使用后由于荷载作用而产生的裂缝，其中早期裂缝一旦产生而不采取措施治理则会发展严重带来更大的隐患，因此分析早期裂缝产生原因并提出针对性的控制措施具有非常现实的意义。
1 混凝土裂缝分类［1］
按照发生时间混凝土裂缝可分为硬化前裂缝和硬化后裂缝，硬化前裂缝包括位移引起的裂缝、塑性阶段裂缝、早期受冻引起的裂缝；硬化后裂缝包括体积变化引起的裂缝、荷载引起的裂缝和物理化学反应引起的裂缝。
按照产生原因可分为塑性沉降裂缝，即混凝土骨料在沉降时受到阻碍产生的裂缝；塑性收缩裂缝，是指混凝土浇筑后在塑性状态下表面水分蒸发过快导致；温度应力裂缝，混凝土浇筑后水化热不宜散发导致内部温度升高，而表面散热较快而形成较大的内外温差和应力而产生的裂缝；施工质量导致裂缝，施工中工艺不合理或施工质量低劣而生成的裂缝；原材料引起的裂缝，采用原材料质量不合格导致出现的裂缝。
2 混凝土结构早期裂缝成因分析
2.1 水泥水化热作用
混凝土在拌和、运输、浇筑、振捣及硬化过程中水泥与水发生水化反应而释放大量的热能，导致混凝土温度升高，整个水化反应有两次升温和降温过程，当内部温度升高而混凝土表面由于环境温度较低而降低，则混凝土内部温度升高使内部体积膨胀，而降温则使混凝土表面收缩，膨胀使混凝土内部产生压应力，而收缩则使其表面产生拉应力，一旦压应力和拉应力超过混凝土自身抗压和抗拉强度则混凝土会产生裂缝。该种现象在高标号混凝土、水泥用量大的混凝土和使用水化热较大的水泥的混凝土中较为明显。
2.2 混凝土收缩作用
化学收缩。水泥在水化过程中固体体积增加，但总体系的绝对总体积减小，即化学收缩的作用，化学收缩与水泥中氧化镁和三氧化硫含量相关，且掺加的矿物量越大则其活性越高，化学收缩也越大。
干缩。混凝土在硬化过程中大部分水被蒸发掉，在蒸发过程中混凝土则会发生干缩变形，且在硬化过程中由于集料的约束，水泥胶结料的体积改变不均匀，导致胶结料与骨料的交界面在施加荷载前则产生了不均匀的拉应力；在混凝土养护完成后在不饱和的空气中失去内部毛细孔和逆胶孔的吸附水而产生不可逆收缩，且随着相对温度的降低，水泥浆体的干缩增大而导致裂缝的产生。
塑性收缩。混凝土在塑性阶段因失水而产生的收缩，混凝土在养护期间表面失水超过内部，水向表面迁移的速率将会造成毛细管内产生负压而使浆体产生收缩，最终导致裂缝产生。其影响因素主要包括水灰比、细掺料、混凝土温度凝结时间以及环境温度和相对湿度等［2］。
自收缩。硬化过程中混凝土内部相对温度随水化过程进展而降低，导致毛细孔内水分不饱和而产生压力差，当该压力差为负值时则会引起混凝土的自收缩，若水灰比较高则自收缩量较小可忽略不计。
2.3 荷载因素
直接应力裂缝。是指由外荷载直接应力引起的裂缝，其形成原因主要包括设计过程中内力和配筋计算错误、设计断面或结构刚度不足等；施工中对图纸理解不清而改变结构受力模式等。
次应力裂缝。是指因外荷载引起的次生应力产生的裂缝，是指在设计外荷载作用下结构的实际工作状态与常规计算存在较大出入导致在某些部位引起次应力而导致裂缝产生；在结构中进行凿槽、开洞以及设置牛腿等给受力构件挖孔的施工，孔洞附近将会导致力流产生绕射现象，即产生较大的集中应力，最终导致结构转角部位或构件形态突变部位出现裂缝。
2.4 温度变化因素
温度裂缝一般出现在配筋薄弱部位，混凝土在拆模后若遇到短期内大幅度降温导致构件
内存在较大温差，则会引起较大的温度应力而使混凝土开裂。温度应力引起的内应力大小与温差有关，因此在昼夜温度变化大的气候条件较差的区域易产生裂缝，同时温度应力也与结构所处的地理位置有关。由于薄构件较厚构件温度变化快，因此其收缩也快而易受到拉应力产生裂缝；施工过程中新旧混凝土交接部位因不能承受抗拉强度而易产生裂缝；在受力筋拼接部位及其相邻区域内由于混凝土的局部变形也易产生裂缝。
2.5 施工不当因素
由于商品混凝土砂浆所占比例较大，坍落度较大以及其大量使用粉煤灰和矿渣粉等外加剂而致使其性能发生改变，若在施工中仍按照以前经验进行而未对商品混凝土特性进行调整则易导致裂缝的产生；在混凝土振捣过程中由于漏振、欠振等现象而影响混凝土的密实性则易诱发裂缝产生，或导致混凝土出现流淌、摊铺等现象而造成某些区域内骨料集中，其他区域内砂浆集中的现象，而在砂浆集中的区域则易出现大量的收缩裂缝；混凝土等待卸料时间较长导致坍落度损失较大，未能顺利施工则大量添加水或外加剂而增大水灰比，其不但降低混凝土的强度也导致其在密实后沁水，其沁水通道会使表面形成弱化层，在其失水后则会产生毛细管收缩力而产生裂缝；大体积混凝土浇筑后降温、保温工作不到位引起内外温差大而诱发裂缝；混凝土拆模过早导致其强度偏低而诱发裂缝；施工过程中阳台等悬挑构件内受力钢筋发生位移而诱发裂缝。
3 早期裂缝控制措施
3.1 降低水化热
应尽量选用矿渣水泥、粉煤灰水泥等水化热低的水泥；在拌和物拌和过程中应采用减水、缓凝等外加剂以降低水胶比，以改善混凝土拌和物的流动性、保水性，从而降低水化热并推迟热峰时间；尽量增加骨料和粉煤灰等掺和料的用量以降低水泥用量等。
3.2 收缩裂缝的预防
选用低热水泥、粉煤灰水泥等收缩量小的水泥；在配合比设计中应控制好水灰比，同时掺加合适的减水剂，以免由于水灰比过大而引起较大干缩；严格控制混凝土搅拌和施工中的配合比，确保混凝土用水量不超过设计用水量；在混凝土内掺加适量合成纤维以减少收缩；混凝土浇筑应尽量避免夜间浇筑和阳光直射，浇筑后的混凝土采取二次抹面的方法以减少裂缝产生；可适当调整配合比以增加混凝土沁水使混凝土表面有足够的水分；加强对浇筑后的混凝土养护，采取挡风和遮阳措施，并应保持混凝土表面湿润，条件允许可适当延长养护时间，冬季施工应适当延长其保温覆盖时间并涂刷养护剂。
3.3 温度应力裂缝控制
降低水泥水化热，选用低水化热、凝结时间长的水泥，在混合物内掺加缓凝剂或高效减水剂，并尽量选用粒经大、颗粒级配良好的粗骨料；在满足泵送和施工的前提下降低混凝土的流动性，并严格控制水灰比以减少单位体积混凝土用水量；降低混凝土入模温度，高温季节降低原材料温度，并在环境温度较低的时段浇筑，混凝土在运输过程中应采取遮阴措施，在混凝土内埋置冷却水管，在其内部通入冷水降温，必要时搅拌用水采用冰水；合理安排施工顺序，采取分层、分块浇筑以减少构筑物散热约束；尽量延长保温时间以及表面湿润时间，使混凝土能增长强度以抵抗开裂拉应力，必要时采取措施减小内外温差并降低速率［3］。
3.4 施工控制
加强模板施工管理，保证模板支架有足够的承载能力、刚度和稳定性；混凝土振捣过程中应避免混凝土出现流淌、摊铺等现象和骨料或砂浆集中区域，整个振捣过程应派专人看模以防止松扣下沉等现象发生，并保证当试块强度达到设计允许值时方可拆模；浇筑后的板面必须待其强度达到1.2N/mm2后方可上人行走；钢筋绑扎施工中应加强对负弯矩钢筋的管理；混凝土的振捣应遵循快插、慢拔的原则，应避免振捣时间过短导致混凝土不均匀或振捣时间过长而出现严重浮浆的现象；浇筑后的混凝土应在二次振捣和终凝前进行二次收面；避免因施工工期紧而出现承载时间过早导致混凝土局部受损而产生集中应力而使混凝土产生裂缝。
4 结语
现浇混凝土构件出现早期裂缝对混凝土结构的使用寿命会产生负面影响，尤其是梁体跨中部位出现裂缝可能会大大缩短其使用寿命，最终甚至出现质量安全事故，给人民生命财产带来巨大损失，为防止该类现象产生只有在设计施工中周密考虑、严格控制、精心操作方可有效预防、甚至避免裂缝的产生。
参考文献
［1］王铁梦.工程结构裂缝控制［M］.北京:中国建筑工程出版社,1997.
［2］杨嗣信.高层建筑施工手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2001.
［3］黄斌.混凝土结构物早期裂缝的产生及控制［J］.城市道桥与防洪,2009,（3）.
